论文导读：本文以AT89C51单片机为控制核心来实现对机械臂的控制。通过对机械臂的亲自组装、调试和应用开发等创新实验。从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理。机械臂运动控制技术也可以应用在工业领域。
关键词：单片机，运动，控制，机械臂
一、前言
智能工业机器人是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。论文参考，机械臂。
本文以AT89C51单片机为控制核心来实现对机械臂的控制，从而实现为高等学校教学提供一系列机器人教学系统，为学生提供一个开放性、创新性的实验教学展示平台，通过对机械臂的亲自组装、调试和应用开发等创新实验，让学生全面掌握机电一体化技术的应用开发和集成技术，从而掌握机电控制系统的组成、功能及控制原理；掌握机械传动部件的选择,结构件的设计,传感器的选择和使用，电机的选择和使用，计算机编程和调试等，使学生的机电系统的设计，装配，调试能力均能得到综合训练。
机械臂运动控制技术也可以应用在工业领域，通过对教学机械臂研究的不断完善，它可以应用于恶劣的工作环境和危险的工作场合，也可以代替枯燥单调的重复性劳作，像农业机器人、服务机器人、水下机器人、军用机器人、娱乐机器人等，具有一定的实际意义与社会价值。
二、六自由度机械臂设计思想
1.系统设计总体思想
本系统采用AT89C51单片机作为主控制器，采用LCD液晶作为系统显示单元，通过键盘作为系统输入设备，通过传感器实现机械臂运动过程中各点信息及数据的采集，将采集到的信息传输给单片机控制核心，单片机根据采集到的数据进行分析，通过驱动电路将机械臂按程序指定轨迹进行运动，并将运行的各点数据在液晶屏上进行显示。
2.运动控制系统的设计
六自由度机臂运动控制系统采用伺服电机作为执行的动力机构。论文参考，机械臂。我们采用DM-EC-M645直流伺服舵机，它具有如下特点：当控制电压为6.0V时的输出力矩：9.6 kg·cm，控制速度：0.19秒/60°，并且重量轻等优点。
我们所采用的DM-EC-M645直流伺服舵机，它的结构相对比较简单，就是一组减速电机，在电机的动力输出轴上并联上一个电位器，当输出轴转动时能同步地带动电位器旋转，其内部有驱动电路来检测电位器的变化并同时和外面控制信号进行比较，从而得出要“锁定”的位置，该电机的输入端只有3条线，分别是电源正、电源负和控制脉冲端（一般就是白色或橙色那条）。我们通过周期为20ms，高电平为0.5ms～2.5ms的脉冲对伺服电机进行控制，0.5ms～2.5ms的脉冲对应伺服电机的0°～180°。如果我们控制采用8位无符号整型变量，它的范围在0～255，这样在伺服电机的控制精度上我们可以达到0.72°。论文参考，机械臂。这样就能实现比较高精度的点对点运动控制。论文参考，机械臂。论文参考，机械臂。
3.显示系统的设计
显示系统采用的是MG128*64液晶对六自由度机臂运动控制过程进行显示，该中文字库的MG128*64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
4. 软件设计总体思想
程序的控制思想：系统运行后初始化系统变量、按键显示用到的I/O以及中断等；初始化完成之后，将进行电机位置数据的采集，并执行位置比较程序，如果电机按预定程序运行，则将电机运行的数据在LCD液晶上进行显示。如果电机没有按预定程序运行，则将进行电机初始位置调整。主程序循环过程中不断的扫描按键，如果有按键触发将会调用键值处理函数。从而可以实现机械臂的人机对话控制。
三、电机驱动电路的设计
直流电机的转速控制采用PWM控制。由于单片机输出的脉宽在本系统中无法驱动直流电机带动负载运动，因此需要通过驱动电路才能驱动电机，设计中采用L293D芯片作为电机驱动芯片，驱动方式采用半闭环或闭环控制，直流电机驱动电路占用单片机12个口，分别为P1.0-P1.7，P2.0-P2.3。分别采用相同的三组驱动模块。
在使用过程中，L293D工作时间稍长，发热会较严重。严重时，L293D甚至会出现过温保护，无PWM信号输出。尝试将两路输入并联使用，输出端也并联到一起并接到电机一端，电机另一端接地。论文参考，机械臂。使用该接法后，L293D工作时间再长，也只有轻微发热。这种输入端和输出端并联的方法在实际中不仅可以更好地驱动电机，相同的电压和占空比时，速度更快，同时它还可以降低H桥上的压降，从而减小L293D发热，防止器件由于温度过高而被烧坏。当单片机输出一定的占空比的PWM信号，电机就会向一个方向旋转，调整好电机的两个输入端，就可以驱动机械部运动，从而实现机械臂六个自由度的控制和运动。
四.结束语
基于AT89C51的8位特性、通过L293D直流电机驱动芯片，使得该系统的数据采集和运算处理十分的方便简单，同时，设计过程中我们LCD液晶显示机械臂运行数据，还可以通过按键进行预定设置，实现机械臂按指定轨迹运行。另外AT8C51的开发环境支持标准的C语言函数库，使得复杂的数学运算变得轻而易举，大大减小了编程的难度。 本项目应用于高校的实验教学环节，可以培养学生的动手实践能力和创新能力。
